DE1166705B

DE1166705B - Contactless mechanical oscillator controlled by electronic means as a gear folder of a time-keeping electrical device

Info

Publication number: DE1166705B
Application number: DED28883A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Edgar Schoeninger
Original assignee: DUROWE DEUTSCHE UHREN ROHWERKE
Current assignee: DUROWE DEUTSCHE UHREN ROHWERKE
Priority date: 1958-09-03
Filing date: 1958-09-03
Publication date: 1964-03-26

Description

Kontaktlos über elektronische Mittel gesteuerter mechanischer Schwinger als Gangordner eines zeithaltenden elektrischen Gerätes Die Erfindung bezieht sich auf einen kontaktlos über elektronische Mittel gesteuerten mechanischen Schwinger als Gangordner eines zeithaltenden elektrischen Gerätes, insbesondere Unruh einer tragbaren Kleinuhr, vorzugsweise Armbanduhr, mit einem ortsfesten Magnetsystem und einer einzigen, mit der Unruh schwingenden Spule, die bei der Bewegung gegenüber dem Magnetsystern sowohl vom Steuerimpulsstrom als auch von Antriebsimpulsstrom durchflossen wird, und mit zwei elektronischen Verstärkertrioden in einer Brückenschaltung.Mechanical oscillator controlled by electronic means without contact as a corridor folder of a time-keeping electrical device The invention relates to a mechanical transducer controlled contactlessly by electronic means as a gear folder of a time-keeping electrical device, especially a balance wheel portable watch, preferably wrist watch, with a fixed magnet system and a single bobbin oscillating with the balance, which is opposite when moving the magnet system from both the control pulse current and the drive pulse current is traversed, and with two electronic amplifier trodes in a bridge circuit.

Eine derartige Anordnung ist bei einem Frequenznormal insbesondere für Laborgeräte bekannt, bei welcher in der Brückenschaltung zweier wahlweise eingeschalteter und wieder gesperrter Verstärkerröhren so viel Widerstände vorgesehen sind, daß je- weils nur ein kleiner Bruchteil der Batteriespannung den Antriebsimpuls liefert, der im übrigen rein sinusförmig ist; Wirkungsgrad und Isochronismus sind also unzureichend (USA.-Patentschrift Nr. 2 574 13 6). Such an arrangement is known for a frequency standard, especially for laboratory devices, in which so many resistors are provided in the bridge circuit of two amplifier tubes that are optionally switched on and again blocked that only a small fraction of the battery voltage supplies the drive pulse, which is otherwise purely sinusoidal ; Efficiency and isochronism are therefore inadequate (US Pat. No. 2,574,136 ).

Es ist ferner eine mit einer Kette von mehreren Transistoren versehene Anordnung bekanntgeworden, die sich zum Antrieb einer Uhr und als Elektromotor verwenden läßt. Sie benutzt zur Steuerung des Antriebsorgans einen rückgekoppelten Gegentaktverstärker mit vorgeschalteter Phasenumkehrstufe. Diese Bauart verwendet zwei Antriebsspulen und zwei Steuerspulen, welche galvanisch voneinander getrennt sind. Der Selbstanlauf des Systems wird über ein RC-Glied erzielt, welches der Anordnung astabiles Kipperhalten verleiht. Die Verwendung eines Gegentaktverstärkers mit vorgeschalteter Phasenumkehrstufe, die vier Steuer- und Antriebsspulen und der hohe Schaltungsaufwand lassen einen Einbau in Kleinstuhren nicht zu. Außerdem ist die für Uhren notwendige Bedingung eines kurzen symmetrisch zur Nullage des Schwingers gelegenen Impulses nicht gegeben (USA.-Patentschrift 2 814 769). An arrangement provided with a chain of several transistors has also become known which can be used to drive a clock and as an electric motor. It uses a feedback push-pull amplifier with an upstream phase inverter to control the drive element. This design uses two drive coils and two control coils, which are galvanically separated from each other. The self-start of the system is achieved via an RC element, which gives the arrangement an astable tipper maintenance. The use of a push-pull amplifier with an upstream phase reversing stage, the four control and drive coils and the high level of circuit complexity do not allow installation in miniature clocks. In addition, the condition of a short pulse symmetrically to the zero position of the oscillator, which is necessary for clocks, is not given (US Pat. No. 2,814,769 ).

Eine andere bekannte Vorrichtung ähnlicher Art enthält einen Oszillator und eine Verstärkerstufe, die synchron zum Oszillator einen Fortschaltmechanismus antreibt. Die Steuerung des Oszillators wird durch eine auf dem Pendel befestigte Scheibe bewerkstelligt, die im Rhythmus der mechanischen Schwingung zwischen zwei Steuerimpulsen hindurch schwingt und dadurch mittels Dämpfungsänderung den Antriebsimpuls auslöst, der über eine dritte Spule dem mechanischen System über einen Weicheisenanker zugeführt wird. Zwar sind bei diesem System wegen des Fortfalls bewegter Magnete die Störeinflüsse von etwaigen Frerndfeldem beseitigt, aber es ist verständlich, daß die Unterbringung der dämpfenden Scheibe, der drei Spulen und der übrigen zahlreichen Schaltelemente in kleinen Gebrauchsuhren nicht möglich ist.Another known device of a similar type includes an oscillator and an amplifier stage that synchronizes with the oscillator an incremental mechanism drives. The control of the oscillator is carried out by a mounted on the pendulum Disk accomplished that in the rhythm of the mechanical oscillation between two Control pulses oscillate through it and thereby the drive pulse by means of a change in damping which triggers the mechanical system via a soft iron armature via a third coil is fed. It is true that in this system there are moving magnets because of the omission the interference from any external fields is eliminated, but it is understandable that the accommodation of the damping disc, the three coils and the other numerous Switching elements in small utility watches is not possible.

Auch bei dieser Anordnung bringt die verwendete Kette von zwei Transistoren, deren einer als Steuertransistor, der andere als Triebkreistransistor wirken, keine Vereinfachung des an sich aus der Nulllage selbstanlauffähigen Systems (USA.-Patentschrift 2829324). In this arrangement, too, the chain of two transistors used, one of which acts as a control transistor and the other as a drive circuit transistor, does not simplify the system that can be started automatically from the zero position (US Pat. No. 2829324).

Eine dritte bekannte Anordnung sieht eine einfachere, elektronische Anordnung vor. Ein zweistufiger Transistorverstärker erhält über ein piezoelektrisches Kristall im Rhythmus der Pendelschwingung elektrische Impulse, die verstärkt werden und über eine Spule den Antrieb des mechanischen Systems bewerkstelligen. Dieser gleichfalls mit einer Kette hintereinandergeschalteter Transistoren versehenen Anordnung haftet jedoch der Nachteil an, daß die tYbertragung der mechanischen Impulse auf das Piezokristall bei kleinen Uhren technisch problematisch ist und eine exakte Funktion der Anordnung daher nicht gewährleistet ist (französische Patentschrift 1151427).A third known arrangement provides a simpler electronic arrangement. A two-stage transistor amplifier receives electrical impulses via a piezoelectric crystal in the rhythm of the pendulum oscillation, which are amplified and drive the mechanical system via a coil. However, this arrangement, which is also provided with a chain of transistors connected in series, has the disadvantage that the transmission of the mechanical impulses to the piezo crystal is technically problematic in small clocks and an exact function of the arrangement is therefore not guaranteed (French patent specification 1151 427).

Ferner wurde bereits vorgeschlagen, zum Antrieb eines gangordnenden Gliedes einer Uhr einen zweistufigen Transistorverstärker mit Komplementärtransistoren vorzusehen.Furthermore, it has already been proposed to drive a gear-regulating Link of a clock has a two-stage transistor amplifier with complementary transistors to be provided.

Diese Schaltung ist mit ihren beiden Ausgangsklemmen an eine auf dem Gangordner befestigte Spule angeschlossen, die wiederum mit Permanentmagneten zusammenwirkt. über diese Spule wird einerseits dem mechanischen Schwinger die zur Aufrechterhaltung der Bewegung notwendige Energie zugeführt, und zum zweiten wird die durch die Bewegung in besagter Spule induzierte elektromotorische Kraft zur Steuerung und Synchronisation des Transistorverstärkers a-,isgcn-atzt, inderi Über einen Kondensator die EMK der Basis dos einen Steuerelementes zugeführt wird.This circuit is connected with its two output terminals to one on the Gear folder attached coil connected, which in turn interacts with permanent magnets. On the one hand, this coil is used to maintain the mechanical oscillator The necessary energy is supplied to the movement, and secondly it is supplied by the movement electromotive force induced in said coil for control and synchronization of the transistor amplifier a-, isgcn-etzt, inderi via a capacitor the EMF of the base dos is fed to a control element.

Dieser Uhrenantrieb hat jedoch gegenüber einer A.nio.-dnur.- -emäß der Erfindun- den Nachteil, daß das Steuersignal Pur zur Auslösung des Antriebsimpulses ausgenutzt wird, nicht hingegen zur direkten Proportionalsteuerung desselben. Es werden vielmehr stets Impulse gleicher Iptensität und Länge, die unabhängig von der Pendelamplitude sind, erzeugt und liegen daher nur bei einer bestimmten Schwingungsweite streng nullpunktsymmetrisch.This clock drive has, however, compared to an A.nio.-only the disadvantage of the invention that the control signal Pur for triggering the drive pulse is used, but not for direct proportional control of the same. It Rather, pulses of equal intensity and length that are independent of the pendulum amplitude are generated and are therefore only at a certain oscillation amplitude strictly zero-point symmetric.

Ferner ist noch die Verwendung eines auf dem S-#c.-rszii-xiiigerp-;iizip berubenden U#reneintriebs vorgeschlagen worden. Hier wird eine aus zwei Spulen bestehende Induktivität verwendet, und zur Impulsgabe werden Elemente benutzt, welche den Luftspalt und damit die Rückkopplungsbedingungen verändern. Ein solches System hat den Nachteil, daß vom Zeitpunkt der Impulsgabe ab der Antriebsimpuls im wesentlichen selbständig und ohne Steuerung durch ein geeignetes Signal abläuft. Außerdem läuft dieses vorgeschlagene System nicht selbst an.Furthermore, the use of a on the S- # c.-rszii-xiiigerp-; iizip overriding urine drive has been proposed. Here is one consisting of two coils Inductance is used, and elements are used to generate the pulse, which form the air gap and thus change the feedback conditions. Such a system has the disadvantage that from the moment the pulse is generated, the drive pulse is essentially independent and runs without control by a suitable signal. Also, this proposed one is running The system itself.

Schließlich ist auch eine mit bewegten Unruhmagneten arbeitende, also Störfeldern ausgesetzte Anordnung vorgeschlagen, bei der zwar die gleiche Spule als Steuer- und zugleich Triebspule dient, bei der aber wieder ein besonderer Übertrager die Rückkopplung bewirkt, was mit zwei weiteren Spulen identisch ist; auch dies System ist nicht selbstanlauffähig.Finally, there is also one that works with moving balance magnets, that is An arrangement exposed to interference fields is proposed in which the same coil is used serves as a control and drive coil at the same time, but again with a special transformer the feedback causes what is identical to two other coils; also this System is not able to start automatically.

Die Nachteile dieser bekannten und vorgeschlagenen Konstruktionen werden bei dem eingangs definierten kontaktlos über elektronische Mittel gesteuerten mechanischen Schwinger gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß zwei in Kette geschaltete Transistoren verwendet werden, von denen der eine nur als Steuertransistor und der andere nur als Antriebstransistor wirkt, jedoch derart abgewandelt, daß die beiden Transistoren komplementär sind, daß die einzige Spule in einem Zweig der in den übrigen drei Zweigen nur von durch das Magnetsystem unbeeinflußbare Glieder enthaltenden Brücke liegt, an deren einer Diagonale der Eingang der Transistorschaltung, an deren anderen Diagonale der Ausgang der Transistorschaltung liegt, wobei im übrigen die Glieder der Brückenschaltung bzw. die dem Steuertransistor zugeordnetenTeile so eingerichtet sind, daß einerseits ein Selbstanlaufen der Unruh beim Stillstand aus der Nullage erreicht wird, andererseits ein störender Einfluß des Antriebsimpulses auf den Steuerimpuls verhindert wird.The disadvantages of these known and proposed designs are controlled contactlessly via electronic means in the case of the one defined at the beginning mechanical oscillator according to the invention avoided in that two in a chain switched transistors are used, one of which is only used as a control transistor and the other acts only as a drive transistor, but modified in such a way that the two transistors are complementary that the only coil in a branch that in the other three branches only from members that cannot be influenced by the magnetic system containing bridge is, on one diagonal of which the input of the transistor circuit, the output of the transistor circuit is located on the other diagonal, with the rest the members of the bridge circuit or the parts assigned to the control transistor are set up so that on the one hand a self-starting of the balance when it comes to a standstill is reached from the zero position, on the other hand a disruptive influence of the drive pulse on the control pulse is prevented.

Diese erfindungsgemäße Anordnung kommt also nicht nur mit einem Minimum an elektrischen Teilen und insbesondere lediglich einer Spule aus, sondern es ist vor allem die Steuerung der Impulsgabe derart, daß sowohl der Einsatz als auch die Länge der Impulse einen einwandfreien Isochronismus garantiert. Das wird dadurch erreicht, daß die Antriebsimpulse den Steuerimpulsen streng proportional folgen.This arrangement according to the invention does not only come with a minimum on electrical parts and in particular just a coil, but it is especially the control of the impulses in such a way that both the use and the Impulse length guarantees perfect isochronism. That will be the result achieves that the drive pulses follow the control pulses strictly proportionally.

Das Selbstanschwingen wird dadurch besonders günstig gestaltet, daß die Spule ein Brückenglied der Brücke bildet, an deren einer Diagonale der Eingang und an deren anderer Diagonale der Ausgang des Verstärkers angeschlossen ist, der zwei in Kette geschalteteTransistoren, nämlich einen Steuertransistor und e-Inen Antriebstransistor, aufweist, die komplementär zueinander angeordnet sind. Geinäß einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfin-:,# : :# t zur U.rzeuc3,.in-2 des Anschwingimpulses ein RC-Glied vorgesehen, dessen Kapazität zwischen dem einen Ende der Spule und der Basis des Steuertransistors eingeschaltet ist, während der an den gleichen Punkt angeschlossene Widerstand in Serie mit der Stromquelle an das andere Ende der Spule angeschlossen ist.The self-oscillation is made particularly favorable in that the coil forms a bridge element of the bridge, on one diagonal of which the input and on the other diagonal of the output of the amplifier is connected, the two transistors connected in a chain, namely a control transistor and a drive transistor, which are arranged complementary to one another. Geinäß a suitable formation of the OF INVENTION -:, #: # t to U.rzeuc3, .in-2 of the Anschwingimpulses an RC element is provided, the capacitance between the control transistor is turned on one end of the coil and the base, while at the same point connected resistor is connected in series with the power source at the other end of the coil.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des mechanischen Aufbaues des Schwingorgans und ein Ausführungsbeispiel für die hierzu gehörende elektrische Schaltung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht eines mechanischen, gemäß der Erfindung angetriebenen Schwingorgans, wobei einzelne Teile entlang der Linie 1- 1 der F i g. 3 geschnitten oder aufgebrochen sind, F i g. 2 eine Teilansicht in Richtung des Pfeiles A, F i g. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 der F i g. 1, F i g. 4 ein Schaltschema der erfindungsgemäßen Anordnung.The drawing shows an exemplary embodiment of the mechanical structure of the oscillating element and an exemplary embodiment for the associated electrical circuit. 1 shows a side view of a mechanical oscillating element driven according to the invention, with individual parts along the line 1-1 of FIGS. 3 are cut or broken, F i g. 2 is a partial view in the direction of arrow A, F i g. 3 shows a section along line 3-3 of FIG . 1, Fig. 4 shows a circuit diagram of the arrangement according to the invention.

In der F i g. 1 ist eine Unruhwelle mit 10 bezeichnet, die bei 11 in einer Platine 13 und bei 12 in einer Brücke 14 gelagert ist. Auf der Unruhwelle 10 ist ein scheibenförmiger Schwingkörper 18 befestigt, der im Abstand von der Mittelachse eine Antriebsspule 19 trägt. Mit 20 und 21 sind zwei Spiralfedern bezeichnet, deren eine Enden mit Bolzen 25 und 26 verbunden sind, die in der Platine 13 befestigt sind. Da die Antriebsspule 19 über diese beiden Spiralfedern ihren Strom erhält, ist eine der Spiralfedem gegen Masse isoliert.In FIG. 1 , a balance shaft is denoted by 10 , which is mounted at 11 in a plate 13 and at 12 in a bridge 14. A disk-shaped oscillating body 18 is attached to the balance shaft 10 and carries a drive coil 19 at a distance from the central axis. With 20 and 21 two spiral springs are designated, one end of which is connected to bolts 25 and 26 which are fastened in the plate 13. Since the drive coil 19 receives its current via these two spiral springs, one of the spiral springs is isolated from ground.

Die Verbindungsleitungen zwischen Spiralfedern und Antriebsspule sind in der Zeichnung nicht eingezeichnet.The connecting cables between the spiral springs and the drive coil are not shown in the drawing.

Auf der Unruhwelle ist ferner noch die übliche Einrichtung zur übertragung der Schwingung auf das Zeigerwerk angeordnet.The usual transmission device is also on the balance shaft the vibration arranged on the movement.

Auf der Brücke 14 ist ein aus magnetisierbarem Material bestehendes Joch 30 befestigt, auf dem drei permanente Magnete 32, 33 und 34 parallel zueinander angeordnet sind. A yoke 30 made of magnetizable material is fastened to the bridge 14 and three permanent magnets 32, 33 and 34 are arranged parallel to one another on the yoke.

In der Ruhelage der Unruhe ist dabei der mittlere, als Hauptmagnet bezeichnete permanente Magnet 33 etwa koaxial mit der Antriebsspule 19 oder leicht exzentrisch angeordnet. Die beiden alsLeitermagnete bezeichneten Magneten 32 und 34 sind entgegengesetzt zu dem Hauptmagnet 33 polarisiert.In the rest position of the unrest, the central permanent magnet 33 , referred to as the main magnet, is arranged approximately coaxially with the drive coil 19 or slightly eccentrically. The two magnets 32 and 34, referred to as conductor magnets, are polarized opposite to the main magnet 33.

Im folgenden soll die in F i g. 4 dargestellte Schaltung des näheren beschrieben werden. Dabei ist die Antriebsspule wie in den F i g. 1 bis 3 mit 19 bezeichnet. Diese Antriebsspule ist mit ihrem einen Ende bei 37 an einem Widerstand 48 und an eine Batterie 39 angeschlossen. Von der Batterie führt eine Leitung zu einem Vorspannwiderstand 35, der mit einer Kapazität 36 verbunden ist, die ihrerseits über eine weitere Leitung mit dem anderen Ende der Spule an den Verbindungspunkt 38 angeschlossen ist. Von dem Verbindungspunkt 40 zwischen der Kapazität 36 und dem Vorspannwiderstand 35 führt eine Leitung zur Basis eines Steuertransistors 42, dessen Kollektor mit der Basis eines Antriebstransistors 44 und dessen Emitter mit einem Verbindungspunkt 46 verbunden ist, zwischen welchem und dem Verbindungspunkt 37 ein Widerstand 48 angeschlossen ist. Der Emitter des Steuertransistors 44 ist an der einen Seite der Batterie entgegengesetzt zum Verbindungspunkt 37 angeschlossen, und vom Kollektor des Antriebstransistors führt eine Leitung zu zwei weiteren Widerständen 50 und 52, die an die Verbindungspunkte 46 bzw. 38 angeschlossen sind.In the following, the in F i g. 4 shown circuit of the more detailed will be described. The drive coil is as shown in FIGS. 1 to 3 denoted by 19. One end of this drive coil is connected to a resistor 48 and to a battery 39 at 37 . A line leads from the battery to a biasing resistor 35, which is connected to a capacitance 36 , which in turn is connected to the connection point 38 via a further line with the other end of the coil. A line leads from the connection point 40 between the capacitance 36 and the biasing resistor 35 to the base of a control transistor 42, the collector of which is connected to the base of a drive transistor 44 and the emitter of which is connected to a connection point 46, between which and the connection point 37 a resistor 48 is connected . The emitter of the control transistor 44 is connected on one side of the battery opposite to the connection point 37 , and a line leads from the collector of the drive transistor to two further resistors 50 and 52 which are connected to the connection points 46 and 38 , respectively.

Entsprechend der Schaltung nach F i 9'. 4 ist der Steuertransistor ein pnp- und der Antriebstransistor ein npn-Transistor.Corresponding to the circuit according to F i 9 '. 4 the control transistor is a pnp transistor and the drive transistor is an npn transistor.

Claims

Claims: 1. Mechanical oscillator controlled contactlessly by electronic means as a gear folder of a time-keeping electrical device, in particular the balance wheel of a portable watch, preferably a wristwatch, with a stationary magnet system and a single coil oscillating with the balance wheel, which when moving against the magnet system both from Control pulse current as well as the drive pulse current flowing through it, and with two electronic amplifier trriodes in a bridge circuit, g e - characterized by the use of two transistors connected in a chain, one of which only acts as a control transistor and the other only as a drive transistor, but modified in such a way that that the two transistors are complementary, that the single coil (19) is located in one branch of the bridge, which in the remaining three branches only contains members (48, 50, 52) that cannot be influenced by the magnet system, on one diagonal of which the input of the transistor circuit is connected whose a The diagonal of the output of the transistor circuit lies, the elements of the bridge circuit or the parts assigned to the control transistor being set up in such a way that, on the one hand, the balance wheel starts to run automatically when it comes to a standstill from the zero position, and on the other hand, it prevents the drive pulse from having an adverse effect on the control pulse will.

2. Drive device according to claim 1, characterized in that an RC element is provided for generating a starting pulse, the capacitance of which is switched on between one end of the coil and the base of the control transistor, while the resistor connected to the same point is in series with the Power source is connected to the other end of the coil. Contemplated publications: USA. Patents No. 2574136, 2829324, 2814769;. French patent specification No. 1151 427. Earlier patents considered: German patent No. 1073 967.